1 Вступ
В даний час основною сировиною, яка використовується для приготуванняефір целюлозиє бавовна, і її виробництво зменшується, і ціна також зростає;
Крім того, широко використовувані етерифікуючі речовини, такі як хлороцтова кислота (високотоксична) і етиленоксид (канцерогенна), також є більш шкідливими для людського організму та навколишнього середовища. книга
У цьому розділі як сировина використовується соснова целюлоза з відносною чистотою понад 90%, видобута у другому розділі, а як замінники використовуються хлорацетат натрію та 2-хлоретанол.
Використання високотоксичної хлороцтової кислоти як етерифікуючого агента, аніонногокарбоксиметилцелюлоза (КМЦ), була отримана неіонна гідроксиетилцелюлоза.
Целюлоза (HEC) і змішана гідроксіетилкарбоксиметилцелюлоза (HECMC) три ефіри целюлози. єдиний фактор
Методи отримання трьох ефірів целюлози були оптимізовані за допомогою експериментів і ортогональних експериментів, а синтезовані ефіри целюлози були охарактеризовані за допомогою FT-IR, XRD, H-NMR тощо.
Основи етерифікації целюлози
Принцип етерифікації целюлози можна розділити на дві частини. Перша частина - це процес підлужнення, тобто під час реакції підлужнення целюлози,
Рівномірно диспергована в розчині NaOH соснова целюлоза сильно набухає під дією механічного перемішування і при розширенні води.
Велика кількість малих молекул NaOH проникла всередину соснової целюлози та реагувала з гідроксильними групами на кільці структурної одиниці глюкози,
Утворює лужну целюлозу, активний центр реакції етерифікації.
Друга частина — це процес етерифікації, тобто реакція між активним центром і хлорацетатом натрію або 2-хлоретанолом у лужних умовах, що призводить до
У той же час етерифікуючий агент хлорацетат натрію та 2-хлоретанол також виробляють певну кількість води в лужних умовах.
Побічні реакції вирішуються з утворенням гліколяту натрію та етиленгліколю відповідно.
2 Попередня декристалізаційна обробка соснової целюлози концентрованим лугом
Спочатку приготуйте певну концентрацію розчину NaOH з деіонізованою водою. Потім при певній температурі 2г соснового волокна
Вітамін розчиняють у певному об’ємі розчину NaOH, деякий час перемішують, а потім фільтрують для використання.
Виробник моделі приладу
Точний pH-метр
Магнітна мішалка з постійним нагріванням колекторного типу
Вакуумна сушильна піч
Електронні ваги
Багатоцільовий вакуумний насос циркуляційного водяного типу
Інфрачервоний спектрометр з перетворенням Фур'є
Рентгенівський дифрактометр
Спектрометр ядерного магнітного резонансу
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
American Thermoelectric Switzerland ARL Company
Швейцарська компанія BRUKER
35
Приготування КМЦ
Використання лужної целюлози деревини сосни, попередньо обробленої концентрованою лужною декристалізацією, як сировина, використання етанолу як розчинника та використання хлорацетату натрію як етерифікації
КМЦ з вищим DS готували дворазовим додаванням лугу та двічі етерифікуючого агента. Додайте 2 г лужної целюлози соснового дерева в чотиригорлу колбу, потім додайте певний об’єм розчинника етанолу та добре перемішуйте протягом 30 хв.
про, так що лужна целюлоза повністю диспергується. Потім додайте певну кількість лугу та хлорацетату натрію, щоб прореагувати протягом певного періоду часу при певній температурі етерифікації
Через деякий час друге додавання лужного агента та хлорацетату натрію з подальшою етерифікацією протягом певного періоду часу. Після закінчення реакції охолодити і охолодити, потім
Нейтралізуйте відповідною кількістю крижаної оцтової кислоти, потім відсмоктуйте фільтр, промийте та висушіть.
Підготовка ГЕК
Використання лужної целюлози деревини сосни, попередньо обробленої декристалізацією концентрованого лугу, як сировини, етанолу як розчинника та 2-хлоретанолу як етерифікації
ГЕК з вищим МС готували дворазовим додаванням лугу та двічі етерифікуючого агента. Додайте 2 г лужної целюлози соснового дерева в чотиригорлу колбу та додайте певний об’єм 90% (об’ємна частка) етанолу, перемішайте
Перемішуйте протягом деякого часу, щоб повністю розчинити, потім додайте певну кількість лугу та повільно нагрівайте, додайте певний об’єм 2-
Хлоретанол, етерифікували при постійній температурі протягом певного періоду часу, а потім додавали залишився гідроксид натрію та 2-хлоретанол, щоб продовжити етерифікацію протягом певного періоду часу. лікувати
Після завершення реакції нейтралізують певною кількістю крижаної оцтової кислоти, а потім фільтрують за допомогою скляного фільтра (G3), промивають і висушують.
Приготування HEMCC
Використовуючи HEC, отриманий згідно з 3.2.3.4, як вихідний матеріал, етанол як реакційне середовище та хлорацетат натрію як етерифікуючий агент для приготування
HECMC. Конкретний процес такий: візьміть певну кількість ГЕК, помістіть її в чотиригорлу колбу на 100 мл, а потім додайте певну кількість об’єму.
90% етанолу, механічно перемішуйте протягом певного часу, щоб повністю диспергувати, додайте певну кількість лугу після нагрівання та повільно додайте
Хлороацетат натрію, етерифікація при постійній температурі закінчується через деякий час. Після завершення реакції нейтралізуйте її крижаною оцтовою кислотою, щоб нейтралізувати її, а потім використовуйте скляний фільтр (G3)
Після відсмоктування фільтрують, промивають і висушують.
Очищення ефірів целюлози
У процесі приготування ефіру целюлози часто утворюються деякі побічні продукти, головним чином неорганічна сіль хлорид натрію та деякі інші
домішки. Для підвищення якості ефіру целюлози було проведено просте очищення отриманого ефіру целюлози. бо вони у воді
Існують різні розчинності, тому в експерименті використовується певна об’ємна частка гідратованого етанолу для очищення підготовлених трьох ефірів целюлози.
змінити.
Помістіть зразок ефіру целюлози, підготовлений з певною якістю, у склянку, додайте певну кількість 80% етанолу, попередньо нагрітого до 60 ℃ ~ 65 ℃, і підтримуйте механічне перемішування при 60 ℃ ~ 65 ℃ на магнітній мішалці з нагріванням постійної температури. на 10 ℃. хв. Висушіть супернатант
У чистій склянці використовуйте нітрат срібла, щоб перевірити наявність іонів хлориду. Якщо випадає білий осад, фільтрують його через скляний фільтр і беруть тверду речовину
Повторюйте попередні кроки для частини тіла, доки у фільтраті після додавання 1 краплі розчину AgNO3 не буде білого осаду, тобто очищення та промивання завершаться.
36
в (головним чином для видалення побічного продукту реакції NaCl). Після відсмоктування фільтрують, сушать, охолоджують до кімнатної температури і зважують.
маса, г.
Методи випробування та характеристики ефірів целюлози
Визначення ступеня заміщення (DS) і молярного ступеня заміщення (MS)
Визначення DS: спочатку зважте 0,2 г (з точністю до 0,1 мг) очищеного та висушеного зразка ефіру целюлози, розчиніть його в
80 мл дистильованої води, перемішують на водяній бані постійної температури при 30 ℃ ~ 40 ℃ протягом 10 хвилин. Потім регулюють розчином сірчаної кислоти або розчином NaOH
рН розчину до тих пір, поки рН розчину не стане 8. Потім у склянку, оснащену електродом рН-метра, використовують стандартний розчин сірчаної кислоти.
Для титрування в умовах перемішування спостерігайте за показаннями рН-метра під час титрування, коли значення рН розчину доведено до 3,74,
Титрування закінчується. Запам'ятайте об'єм стандартного розчину сірчаної кислоти, використаного в цей час.
Покоління:
Сума верхніх протонних чисел і гідроксиетилової групи
Відношення числа верхніх протонів; I7 — маса метиленової групи на гідроксиетильній групі
Інтенсивність піку протонного резонансу; є інтенсивністю піку протонного резонансу 5 метинових груп і однієї метиленової групи на одиниці глюкози целюлози
сума
Методи випробування, описані для тестування інфрачервоних характеристик трьох ефірів целюлози CMC, HEC і HEECMC
Закон
3.2.4.3 XRD тест
Тест на характеристику рентгенівського дифракційного аналізу трьох ефірів целюлози CMC, HEC і HEECMC
описаний метод тестування.
3.2.4.4 Тестування Н-ЯМР
H ЯМР-спектрометр HEC вимірювали за допомогою H ЯМР-спектрометра Avance400 виробництва BRUKER.
Використовуючи дейтерований диметилсульфоксид як розчинник, розчин перевіряли ЯМР-спектроскопією рідкого водню. Тестова частота склала 75,5 МГц.
Теплий, розчин 0,5 мл.
3.3 Результати та аналіз
3.3.1 Оптимізація процесу приготування КМЦ
Використовуючи в якості сировини соснову целюлозу, видобуту в другому розділі, і використовуючи хлорацетат натрію як етерифікуючий агент, було прийнято метод однофакторного експерименту,
Процес приготування CMC був оптимізований, а початкові змінні експерименту були встановлені, як показано в таблиці 3.3. Нижче наведено процес підготовки HEC
У мистецтві аналіз різних факторів.
Таблиця 3.3 Початкові значення факторів
Фактор Початкове значення
Температура підлужування попередньої обробки/℃ 40
Час підлужування попередньої обробки/год 1
Співвідношення тверда речовина/рідина для попередньої обробки/(г/мл) 1:25
Концентрація лугу попередньої обробки/% 40
38
Температура етерифікації першого етапу/℃ 45
Час першого етапу етерифікації/год 1
Температура етерифікації другої стадії/℃ 70
Час другої стадії етерифікації/год 1
Базова доза на стадії етерифікації/г 2
Кількість етерифікатора на стадії етерифікації/г 4.3
Співвідношення етерифікована тверда речовина/рідина/(г/мл) 1:15
3.3.1.1 Вплив різних факторів на ступінь заміщення КМЦ на етапі підлужнення перед обробкою
1. Вплив температури підлужнення попередньої обробки на ступінь заміщення КМЦ
Щоб розглянути вплив температури підлужнення попередньої обробки на ступінь заміщення в отриманій ККМ, у разі фіксації інших факторів як початкових значень,
За цих умов обговорюється вплив температури підлужнення попередньої обробки на ступінь заміщення CMC, а результати показані на рис.
Температура підлужування попередньої обробки/℃
Вплив температури підлужнення попередньої обробки на ступінь заміщення CMC
Видно, що ступінь заміщення CMC зростає з підвищенням температури підлужнення попередньої обробки, а температура підлужнення становить 30 °C.
Зазначені вище ступені заміщення зменшуються з підвищенням температури. Це тому, що температура підлужнення занадто низька, і молекули менш активні та нездатні
Ефективно руйнує кристалічну область целюлози, що ускладнює проникнення етерифікуючого агента всередину целюлози на стадії етерифікації, а ступінь реакції є відносно високим.
низький, що призводить до меншого ступеня заміни продукту. Однак температура підлужнення не повинна бути занадто високою. З підвищенням температури під дією високої температури і сильного лугу,
Целюлоза схильна до окисної деструкції, при цьому ступінь заміщення продукту КМЦ знижується.
2. Вплив часу підлужнення попередньої обробки на ступінь заміщення КМЦ
За умови, що температура підлужнення попередньої обробки становить 30 °C, а інші фактори є початковими значеннями, обговорюється вплив часу підлужнення попередньої обробки на CMC.
Ефект заміщення. Ступінь заміщення
Час підлужнення попередньої обробки/год
Вплив часу підлужнення попередньої обробки наCMCступінь заміщення
Сам процес наповнення відбувається відносно швидко, але розчин лугу потребує певного часу дифузії у волокні.
Можна побачити, що коли час підлужнення становить 0,5-1,5 години, ступінь заміщення продукту зростає зі збільшенням часу підлужнення.
Ступінь заміщення отриманого продукту був найвищим, коли час становив 1,5 години, і ступінь заміщення зменшувався зі збільшенням часу після 1,5 години. Це може
Це може бути тому, що на початку підлужування, із продовженням часу підлужнення, проникнення лугу до целюлози є більш достатнім, так що клітковина
Основна структура є більш розслабленою, збільшуючи етерифікуючий агент та активне середовище
Час публікації: 26 квітня 2024 р